Compass 系统与EBT3 胶片的验证计划通过率

宋孟孟

复旦大学附属中山医院厦门医院 （福建厦门 361006）

随着调强放射治疗技术的发展和临床对放射治疗计划要求的提高，计划的复杂性相应地增加。与此同时，放射治疗计划验证系统也从最早的点剂量验证和面剂量验证发展为如今的三维剂量验证。在二维剂量验证中，Matrixx和Map Check电离室矩阵使用率高，但是探头间距大，空间分辨力较差。胶片作为常用的质控工具，由于高感光度和较高的组织等效性，使其对放射线低光谱非常敏感，具有很好的图像分辨力。其中，GAFCHROMIC EBT3免冲洗胶片由于无需化学处理过程和严格避光，因此常被用于临床质控，并可被用于二维计划验证[1]。Compass系统是一种基于测量的通量图在患者CT图像上重建三维剂量分布，反映患者三维解剖结构上剂量分布的剂量验证系统。以往Compass系统使用带托架和角度传感器的Matrixx完成对直线加速器剂量的测量。为了提高图像分辨力和方便测量，最新推出了新的测量工具——Dolphin，其探头直径为3.2 mm，灵敏体积为0.016 cm3，可直接插在直线加速器机头上，跟随机头旋转，测量文件被传输到Compass系统的软件部分，重新参与剂量重建和计算，得到CT图像三维结构的剂量分布和Gamma通过率。由于文件格式不同，以往多借助不同验证工具按照各自的测量方法分别得到Gamma通过率。本研究将Dolphin测量结果导入Compass系统软件，经过Compass系统算法重建，得到Compass_2D文件；将EBT3胶片插入固体水模体中，在直线加速器上执行治疗计划系统（treatment planning system，TPS）计划，经胶片扫描仪扫描后，得到EBT3_2D文件；将TPS计划复制到固体水模体中，可得到TPS_2D文件；在RIT113软件中对Compass_2D、EBT3_2D、TPS_2D文件进行两两比较，进而得到Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D和Compass_2D VS EBT3_2D的Gamma通过率。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年4月至2021年2月于复旦大学附属中山医院厦门医院接受放射治疗的8例不同肿瘤类型患者，包括小细胞肺癌、前列腺癌、下咽癌、肝癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤、食管中段癌、鼻咽癌，其中男7例，女1例；年龄49～76岁，中位年龄58岁。本研究经医院医学伦理委员会批准；所有患者均无放射治疗禁忌证，且已签署研究知情同意书。

1.2 设备

1.2.1 治疗计划系统和直线加速器

本研究应用Monaco5.11治疗计划系统和医科达Elekta大型直线加速器，其中由飞利浦大孔径CT扫描获得的CT图像会传输到Monaco5.11治疗计划系统，由住院医师勾画危及器官和肿瘤靶区，并经主任医师审核后，由物理师按照处方要求制定放射治疗计划，计划审核后，在医科达Elekta大型直线加速器Versa HD上执行，多叶准直器（multi-leaf collimator，MLC）宽度为0.5 mm，最大射野为40 cm×40 cm。

1.2.2 Compass 验证系统

Compass 验证系统（IBA 比利时）是一种基于患者三维解剖结构图像进行体内剂量重建的计划验证系统，该系统包含软件系统与测量系统两部分[2]。（1）软件系统：借助三维水箱采集直线加速器不同深度部位的剂量分布、Profile 曲线，结合其他参数，使用卷积迭代（collapsed cone）计算方法，构建独立于TPS 的剂量模型，将TPS 导入Compass 验证系统进行计算，从而得出三维剂量验证结果，该方法不经过直线加速器的测量，可直接进行剂量计算，并且对TPS 计算结果进行独立验证。（2）测量系统：由直接插在直线加速器机头的电离室探测器阵列（被命名为Dolphin）组成，Dolphin 包含1 513个电离室探测器，灵敏体积为0.016 cm3，测量面积为28 cm×28 cm，中间由间隔5 mm 的电离室组成14 cm×14 cm 的探测区域，外围探测器间距10 mm；Dolphin 只需要在初始时做好角度修正，无需连接角度探测器，可跟随机架旋转测量，在无线网络中实现数据的同步测量和传输，将采集的数据文件导入Compass 软件系统进行剂量计算，即可得到患者验证计划在直线加速器上采集数据的验证结果，即重建剂量（其可以在治疗计划中心所在的冠状位层面导出，格式为DICOM），TPS计划的CT、RT Plan、RT Dose文件被传输到Compass系统，与导入的测量文件进行Gamma（3%/3 mm）分析，即可得到所有三维解剖结构的通过率。

1.2.3 胶片与扫描仪

本研究将EBT3胶片与Epson Expression 1680 Pro 扫描仪结合使用，可提供多种功能系统及二维的高精度剂量信息，能够在涉及剂量分布验证的质量保证程序中给出准确的结果。对于EBT3胶片，应遵循以下准则：将胶片存放在恒定大气条件下的不透光信封中，曝光照射至少4 h 后再进行扫描，以最大限度地确保可重复性；且相关人员应戴手套处理胶片，避免机械性牵拉；此外，在使用时，应将胶片放至固体水模体中[3]。对于Epson Expression 1680 Pro 扫描仪，应满足以下使用条件：预热30 min，应将EBT3胶片放置在扫描仪中间，胶片的长边与扫描仪长边平行，且胶片边缘距离扫描起始线至少保持3 cm，尽量避免扫描仪噪声和扫描仪灯的影响[4]。

1.3 二维剂量文件的获取方式

固体水模体的厚度为7 cm，长和宽均为30 cm，在使用时应水平放置。具体使用分为两部分：（1）将经过CT 扫描后得到的图像导入TPS，以Z 轴方向2 cm 厚度的层面为冠状面，将该层面中心点作为计划中心，将8例不同肿瘤类型患者的放射治疗计划复制在固体水模体上，经过计算得到固体水验证计划，再将中心点冠状层面的剂量文件导出得到TPS_2D；（2）将固体水模体放置在直线加速器下方的治疗床上，且保证和CT 扫描时的摆位保持一致，再将EBT3胶片插入固体水模体的中心点所在层面，然后开始执行放射治疗计划，最终生成8张包含患者验证计划信息的EBT3胶片，将上述胶片依次放入扫描仪中，按照规范的操作步骤扫描后生成各自的EBT3_2D 文件，需要注意的是，应使用同一批次的EBT3胶片，并提前获取灰度-剂量校准曲线，便于将EBT3胶片的灰度值转换为剂量值。

另外，将Dolphin 探测器插入直线加速器治疗头并执行放射治疗计划，待取得剂量文件后，将其回传到Compass 系统，经过Compass 系统自身算法的重建计算，最终得到验证计划在CT 图像上的三维剂量分布；将中心点所在冠状层面导出后，可获得Compass 系统的二维验证计划文件（Compass_2D）。

1.4 数据分析

在RIT113软件中对TPS_2D、Compass_2D 和EBT3_2D文件分别进行Gamma 分析，以Gamma 值<1的点数占所有参与点的百分比例计算通过率，若所有计算点的Gamma值≤1，则通过率为100%，若所有计算点的Gamma 值>1，则通过率为0，计算标准为3%/3 mm，阈值为10%，距离一致性（distance-to-agreement，DTA）搜索半径为10 mm。在计算Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D、Compass_2D VS EBT3_2D 的Gamma 通过率时，前两者将TPS 图像作为参考图像，最后一项Compass_2D 数据与EBT3_2D 的比较中，将EBT3作为参考图像，若通过率<90%，则验证计划不通过，需要查找原因，重新制定放射治疗计划，反之计划通过，可用于临床治疗，其中，通过率>95%表示验证计划较好，与参考计划的差异较小。

2 结果

8例患者Compass_2D VS TPS_2D、EBT3_2D VS TPS_2D、Compass_2D VS EBT3_2D的Gamma通过率均>90%；在Compass_2D VS TPS_2D的验证结果中，仅鼻咽癌的Gamma通过率<95%；在EBT3_2D VS TPS_2D的验证结果中，小细胞肺癌和乳腺癌的Gamma通过率均<95%；在Compass_2D VS EBT3_2D的验证结果中，小细胞肺癌、乳腺癌和鼻咽癌的Gamma通过率均<95%，见表1。

表1 不同系统间对比的Gamma 通过率（%）

3 讨论

Compass 系统和EBT3胶片属于放射治疗计划验证中的两种不同验证工具。国外关于Compass 系统已有很多报道[5-7]，但国内对Compass 系统的认识仍存在不足，主要原因在于验证设备的种类繁多，Compass 系统在国内放疗科使用的普及率不高，并且Compass 系统需要采集加速器数据进行建模，不能直接投入使用。然而EBT3胶片早已被广泛用于放射治疗质量保证体系中，EBT3胶片对剂量的响应也比较稳定[8]，而且将胶片用于放射治疗计划验证也已有先例。Casanova 等[9]将EBT3胶片放入固体水模体中执行了10个调强放射治疗计划，然后将EBT3胶片剂量文件与TPS 进行比较，发现10例验证计划的通过率均>90%。虽然EBT3胶片具有分辨力高的特点，但是不同厂家和批次的胶片不能保证完全一致，在使用EBT3胶片前需要获取新的灰度-剂量校准曲线，而且胶片尺寸小，一次只能用于一例患者且不能重复利用，因此在临床工作中电离室设备的应用更为广泛，关于Compass 系统能否代替胶片用于放射治疗质控体系的研究即变得尤为重要。

与其他验证工具只提供一个Gamma 通过率代表验证计划的结果相比，Compass 系统能够在CT 图像上重建放射治疗计划，与TPS 计划对比后计算出治疗区域所有体素的Gamma 值，最终统计所有靶区和危及器官的Gamma 通过率[10]，是真正意义上的三维验证工具。本研究选择了8例临床常见的病例，在获取每例患者的TPS_2D、EBT3_2D 和Compass_2D 剂量文件后，对这3个剂量文件进行两两比较，最终得到了相同患者在相同层面的不同验证结果，发现所有计划的Gamma 通过率均>90%，8例放射治疗计划均可应用于临床，Compass_2D 与TPS_2D 和EBT3_2D 的验证计划结果一致[11]。

为了验证Compass系统的准确性，本研究利用Compass系统重建计划的中心点所在冠状层面验证文件，分别与TPS和EBT3胶片在同一层面的剂量文件进行对比，该方法为判断Compass系统的准确性提供了证明。本研究的对比结果表明，Compass系统是值得信赖的产品，可以将其作为患者治疗计划验证的工具，为患者治疗计划能否实施提供标准。本研究关于Compass系统重建的验证结果仅对比了中心点所在的冠状层面，其他层面和表面剂量的准确性是未来研究的方向。